Reconstrucția mișcării plăcilor tectonice cu ajutorul programului GPlates

GPlates este un proiect dezvoltat de cercetători ai EarthByte Group. Scopul EarthByte Group este de a studia interacțiunea dintre procesele ce au loc la mare adâncime, sub plăcile tectonice, și cele de la suprafața scoarței terestre. Programul poate fi descărcat de aici.

GPlates se adresează deopotriva utilizatorilor de date spațiale, cât și specialiștilor științelor naturale, în special geologi, geofizicieni și paleontologi, fiind un program ce permite reconstrucția mișcărilor plăcilor tectonice și vizualizarea de date geo–spațiale, în timp geologic.

Deși nu este un program care să fie utilizat în mod curent pentru rezolvarea unor nevoi strict legate de GIS, ci mai de graba un program dedicat cercetărilor/modelărilor geologice, geofizice, paleontologice, în mod deosebit, funcție de datele suplimentare adăugate, aplicabilitatea Gplates poate fi extinsă și către alte specializări din domeniul științelor naturale: geografie, fizică, biologie, chimie. Se pot adăuga date precum: zone de subducție, foraje, zone predilecte pentru producerea cutremurelor, zone predilecte pentru erupția vulcanilor, diferite măsuratori geofizice, date din foraje, specii de plante și animale din anumite perioade din trecut, etc.

Pe site-ul “EarthByte Group se găsesc surse de informare cu privire la funcționarea și utilizarea programului: manualul de utilizare, numeroase tutoriale, insoțite de date raster si vector care înlesnesc foarte mult învățarea programului .

GPlates acceptă următoarele formate:

- date de tip vector:

• GPlates Markup Language (*.gpml), formatul nativ utilizat de Gplates;
• PLATES4 line-format (*.dat, *.pla) ;
• PLATES4 rotation-format (*.rot);
• ESRI Shapefile;
• GeoSciML;
• GMAP VGP (Virtual Geomagnetic Pole);
• suportă exportul coordonatelor în format CSV.

- date de tip raster:

• *.jpeg, *.jpg, *.bmp, *.png, *.svg, *.tif, *.tiff
• NetCDF/GMT grid data (*.grd, *.nc), inclusiv rastere “legate” in secvente de timp pentru a reda date precum: anomalii ale densității mantalei, efectele dinamicii mantalei asupra topografiei, ritmul extinderii fundului oceanului.

Proiecții acceptate de Gplates:

• 3D Orthographic Globe
• Rectangular
• Mercator
• Mollwide
• Robinson

Figura nr.1

Principiul de funcționare

Mișcarea plăcilor tectonice în timp, presupune determinarea poziției, orientării și mișcării probabile a plăcilor de-a lungul timpului. Prin timp, se înțelege timp geologic care este exprimat în Mega-annum (Ma), ceea ce înseamnă că 1 Ma este echivalentul unui milion de ani.
Principiul de functionare, pe scurt, este următorul: fiecare placă tectonică are un ID unic și fiecare placă tectonică se mișca în raport cu alta, creându-se astfel o structură ierarhizată de tip tree. În vârful ierarhiei stă așa numita placă ancoră, a cărei poziție este fixă și față de care se mișcă toate celelate placi. Pentru a calcula mișcarea unei placi în timp, mișcare raportată la placa ancoră, Gplates pornește din acel punct și urcă până la baza ierahiei/structurii arborescente (placa ancoră). În același timp însă, Gplates permite oricărei plăci să fie folosită drept placă ancoră. De exemplu, placa sud americană (SAM, ID 201) se mișcă față de placa africană (AFR, ID 701), la fel ca și placa antarctică (ANT, ID 802). Placa africană este considerată aici placa ancoră. Dar, în același timp, placa antractică este placă ancoră pentru placa australiană (AUS, ID 801). Toate aceste informații sunt incluse în fișierul *.rot. Cu ajutorul acestuia vor putea fi reconstruite chiar și vechile continente Pangea, Laurasia, Gondwana.

Figura nr.2 (sursa Gplates)

În ceea ce privește fișierele de tip vector, fiecare element ce compune un strat vector (linie, punct sau poligon) va conține un câmp denumit PLATEID care va primi identitatea placii peste care se suprapune, ID preluat din fișierul *.rot. Astfel, aceste elemente se vor mișca conform specificațiilor din fișierul *.rot. Există și un tutorial dedicat creării și modificării rotațiilor (tutorialul numărul 6). De asemenea, exista un document pdf în care se arată care este ID-ul corespunzător fiecărei plăci tectonice, și care se găsește în directorul în care Gplates a fost instalat (de obicei C:\Program Files\GPlates\GPlates 1.2.0\SampleData\FeatureCollections\Rotations). Tot aici sunt instalate odată cu softul și alte date care pot fi folosite pentru a învăța programul.

Rotația plăcilor tectonice are la bază teorema Euler care spune că orice deplasare a suprafeței pământului poate fi modelată ca o rotație după o anumită axă. Combinația de axe și unghiuri se numește rotație finită, așadar parametrii luați în calcul sunt: latitudinea, longitudinea și unghiul de rotație. Fișierul cu extensie *.rot, fară de care simularea mișcării placilor tectonice ar fi imposibilă, poate fi vizualizat/modificat în orice editor text, de exemplu notpad++.

Figura nr.3

Prin urmare, pot fi adăugate plăci tectonice noi, în cazul în care datele puse la dipoziție de către EarthByte Group sunt incorecte/incomplete (cum este în cazul României) și unde datele științifice dovedesc existența acestora. Cea mai ușoară modalitate de a vizualiza mișcarea plăcilor este prin folosirea barei de animație.

Figura nr.4

Pentru a înțelege principiul de functionare al programului, se pot folosi, pentru început, datele și tutoriale puse la dispoziție pe site:

• date raster: harta batimetrică/topografică globală, harta anomaliei în aer liber a câmpului gravitațional, harta anomală geo-magnetică globală; Pot fi descărcate de aici.
• rastere dependente de timp, cum ar fi: harta dinamicii topografiei;
• date vector: linia costieră, zone de expansiune a fundului oceanului etc. disponibile pe aceeași pagină cu tutorialele .

Rasterele dependente de timp, sunt rastere care prezintă o succesiune de secvențe din trecut pînă în prezent. Pentru a putea fi compatibile cu fișierul *.rot trebuie să îndeplinească 2 condiții:

• trebuie să fie într-un format recunoscut de Gplates;
• numele fișierului trebuie să fie de forma: *-_time.jpg_ sau *_time.jpg, unde time este o valoare integer ce reprezină numărul de milioane de ani din trecut pînă în prezent. În loc de jpg poate fi: tiff, bmp, png, etc.

Câteva imagini și animații pot fi văzute aici.

Deși ar mai fi multe de spus, o să încheiei aici, o descriere prea în amănunt, a unor chestiuni pur tehnice, putând plictisi, scopul articolului fiind acela de a prezenta și un alt gen de program ce folosește date geo-spatiale și care poate fi foarte util în înțelegerea unor procese din geologie.